[發明專利]一種接觸面大變形剪切滲流試驗裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201911420095.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111089826B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 談家誠;沈振中;徐力群;馬澤鍇;張開來;楊超;李瑜;寧偉;吳蒙蒙;韓建忠
• 申請（專利權）人: 河海大學;洛陽欒川鉬業集團股份有限公司;欒川縣環境保護局
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/24;G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

1.一種接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，包括剪切滲流耦合試驗盒和開設在所述剪切滲流耦合試驗盒上的滲透水壓單元；

所述剪切滲流耦合試驗盒包括上下對稱設置的上剪切盒和下剪切盒；

所述下剪切盒底部的一側連接一水平加載單元；所述水平加載單元沿平行接觸面剪切方向設置；所述水平加載單元上設置一拉力傳感器；所述下剪切盒的側面固定一水平位移計；所述下剪切盒的上端面開設一結構物安裝槽；所述結構物安裝槽外依次設置內圈密封凹槽和外圈密封凹槽；所述內圈密封凹槽內固定內防水構件；所述外圈密封凹槽內固定外防水構件；

所述上剪切盒的頂部連接一法向加載單元；所述法向加載單元上設置一法向壓力傳感器；所述上剪切盒的下端面開設與結構物安裝槽、內圈密封凹槽和外圈密封凹槽分別對應的試樣安裝槽、內圈固定槽和外圈固定槽；所述試樣安裝槽的尺寸小于所述結構物安裝槽的尺寸；所述試樣安裝槽中的試樣伸出所述試樣安裝槽；

所述滲透水壓單元包括依次連通的滲透水流進水通道、滲透水流進水口、滲透水流出水通道、滲透水流出水口、第一滲水壓力體積控制器和第二滲水壓力體積控制器；

其中，所述滲透水流進水通道和所述滲透水流出水通道沿垂直接觸面剪切方向設置；所述滲透水流進水通道設置于所述下剪切盒的一側并引出，所述滲透水流出水通道設置于所述上剪切盒遠離下剪切盒的一側并引出；

所述滲透水流進水口和滲透水流出水口開設在所述內防水構件上；

所述第一滲水壓力體積控制器與滲透水流進水口連接，所述第二滲水壓力體積控制器與滲透水流出水口連接；

控制單元控制所述法向加載單元施加法向載荷至設定值，所述法向壓力傳感器通過數據采集器反饋信號至所述控制單元，以維持法向載荷的設定值；所述控制單元控制所述水平加載單元施加剪切力至設定值，所述拉力傳感器通過所述數據采集器反饋信號至所述控制單元，以維持剪切力設定值；所述控制單元控制所述水平加載單元施加剪切位移至設定值，所述水平位移計通過所述數據采集器反饋信號至所述控制單元，以維持剪切位移設定值。

2.根據權利要求1所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，所述上剪切盒上設置圍壓進水孔和排氣孔；所述圍壓進水孔沿平行接觸面剪切方向設置；所述圍壓進水孔連接圍壓壓力體積控制器。

3.根據權利要求2所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，平行接觸面剪切方向上，試樣與試樣安裝槽之間形成空腔；圍壓水經所述圍壓進水孔進入所述空腔。

4.根據權利要求3所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，進一步包括一對隔水條；平行接觸面剪切方向上，所述隔水條固定在所述試樣安裝槽的內壁上；所述隔水條位于試樣的兩側并貼合所述試樣；所述隔水條位于所述空腔的下方以形成所述空腔的底部。

5.根據權利要求1所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，進一步包括一傳力板和反力架；所述傳力板固定在所述上剪切盒頂部；所述法向加載單元固定在反力架上。

6.根據權利要求1所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，進一步包括滑動組件；所述滑動組件形成于所述下剪切盒的底部和底板之間。

7.根據權利要求1所述的接觸面大變形剪切滲流試驗裝置，其特征在于，所述結構物安裝槽內固定混凝土試樣；所述試樣安裝槽內固定黏土試樣；所述黏土試樣為方形，所述混凝土試樣為方形。

8.一種接觸面大變形剪切滲流試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

1）制作試樣：制作黏土試樣、混凝土結構物試樣并養護，壓實黏土試樣，養護完成后，在黏土試樣外包裹一層乳膠膜；

2）安裝試樣：將隔水條粘接在上剪切盒的試樣安裝槽內壁兩側并擠壓，然后將包裹乳膠膜的黏土試樣放置于試樣安裝槽中，在垂直接觸面剪切方向上，黏土試樣與試樣安裝槽內壁接觸，在平行接觸面剪切方向上，黏土試樣與隔水條接觸，黏土試樣高度伸出試樣安裝槽；將混凝土試樣放置于下剪切盒結構物安裝槽中，黏土試樣橫截面尺寸小于混凝土試樣橫截面尺寸；

3）布設密封單元：在試樣安裝槽和結構物安裝槽的外側分別設置有兩道密封凹槽，兩道密封凹槽保持對應；在下剪切盒的內圈密封凹槽和外圈密封凹槽內分別對應固定內防水構件和外防水構件；之后碾壓內防水構件和外防水構件使其粘結；在下剪切盒的內防水構件和外防水構件的上端面涂上結構膠，同時在上剪切盒的內圈密封凹槽和外圈密封凹槽內涂上結構膠；將已填充黏土試樣的上剪切盒按照密封凹槽位置對齊放置在下剪切盒上，利用結構膠，將內防水構件和外防水構件均固定在上剪切盒和下剪切盒上；

4）安裝加載單元；將步驟3中的由上剪切盒和下剪切盒組成的剪切滲流耦合試驗盒放置在位于反力架內的底板軌道上；將傳力板固定在上剪切盒頂部，依次安裝法向加載單元和法向壓力傳感器，在下剪切盒側面設置水平位移計，同時在下剪切盒側面依次安裝水平加載單元和拉力傳感器，將法向壓力傳感器、拉力傳感器和水平位移計分別通過數據線與數據采集器電連，數據采集器與計算機電連；運行數據采集器檢查各部件是否處在正常工作狀態；

5）連接壓力體積控制器：在平行接觸面剪切方向上，將上剪切盒兩側的圍壓進水孔連接圍壓壓力體積控制器，打開圍壓進水孔進水至上剪切盒上的排氣孔出水，擰上螺栓，使黏土試樣處于圍壓狀態下，記錄圍壓數據；在垂直接觸面剪切方向上，滲透水流進水通道和滲透水流出水通道均連接滲水壓力體積控制器，開啟壓力體積控制器，檢查各部件是否運行正常，并記錄壓力和體積數據；

6）實施剪切滲流試驗：法向加載單元對傳力板施加法向荷載，由數據采集器觀測法向應力，達到試驗應力并維持穩定后，設置滲透水流進水通道處的滲水壓力體積控制器滲透水壓值，監測滲透水流出水通道處的壓力和體積變化值，待滲流穩定后，通過控制單元設定水平加載單元的剪切速率和剪切位移幅值，在剪切和滲流同時進行的過程中，利用滲水壓力體積控制器記錄滲透水流出水通道處的壓力和體積變化值，利用控制單元記錄法向壓力傳感器、拉力傳感器和水平位移的計數值。